Die Geo-Herausforderung GDI, ALKIS, INSPIRE oder

Datenbank
Die Geo-Herausforderung GDI, ALKIS,
INSPIRE oder „Wer an der Küste bleibt,
kann keine neuen Ozeane entdecken“
Joachim Figura und Rolf Jüttner, CISS TDI GmbH
Wäre ohne die Mühen von Christoph Kolumbus Amerika überhaupt entdeckt worden? Und wären nicht der Menschheit
ohne den Forschungsdrang des berühmten Abenteurers, Entdeckers und Forschers Alexander von Humboldt viele Geheimnisse vorenthalten geblieben ...?
Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem
Thema „Geodata Warehouses“ und
zeigt neue Wege für die Bereitstellung
und Nutzung von Geodaten − auch außerhalb der klassischen Geowelt und
abseits der normalen Wege, angelehnt
an Strategien der allgemeinen IT. Die
Schlagworte „GDI“, „ALKIS“ und „INSPIRE“ (Erklärungen folgen) stehen
dabei für innovative Wege und Rahmenbedingungen, die ohnehin eine
Neuausrichtung bei der Verarbeitung
von Geoinformation erfordern. Neben
den klassischen Ansätzen kann der Aufbau universeller, Oracle-basierender
Geodatenbanken eine große Chance
für die Nutzbarmachung vieler heute
noch nicht zugänglicher Quellen be-
deuten. Um das Schiff klarzumachen,
muss aber einiges im Vorfeld geleistet
werden. Allein die Normierung von
Formaten ist nicht ausreichend. Reale Projektbeispiele belegen auch den
pragmatischen Nutzen dieses Ansatzes
und zeigen, dass Oracle eine geeignete
Plattform für den Anspruch an Interoperabilität darstellt.
An der Küste
In früheren Zeiten haben vorwiegend
Vermessungsverwaltungen, Energieversorgungsunternehmen oder Kommunen räumliche Daten als Fachdaten für ihre zum Teil sehr spezifischen
Aufgabenfelder in geografischen In-
formationssystemen (GIS) verwendet. Eine übergreifende Nutzung fand
nicht statt. Das allgemeine Interesse an Geodaten war noch nicht geweckt.
Der in der Folgezeit häufig praktizierte, regelmäßige Austausch von Daten zwischen den eingesetzten GIS hilft
nicht zufriedenstellend weiter, ist er
doch immer wieder aufs Neue organisatorisch aufwändig und oft verlustbehaftet, ähnlich wie bei Textdokumenten, die früher von Word für Windows
nach Word Perfect übertragen werden
mussten. Es muss jedoch gerade bei
Geodaten gewährleistet sein, dass die
zugrunde liegenden Informationen
stets aktuell, verlässlich und aufeinander abgestimmt sind (Single Point of
Truth), denn schließlich dienen sie als
qualifizierte Hintergrund-Information
für Fachanwendungen, Dokumentationen oder Planung und auch zunehmend als politische und unternehmerische Entscheidungshilfen.
Bei zunehmender Datenmenge, -vielfalt und -komplexität spielen die klassischen vermessungslastigen Aufgabenbereiche eine im Verhältnis abnehmende
Rolle. Effiziente Datenhaltung und performante Verarbeitung sind heute der
Schlüssel zu erfolgreichen Projekten.
Somit rückt die verarbeitende Informatik im Vergleich zur Vermessung mehr
und mehr in den Vordergrund.
Blick aufs Meer
Abbildung 1: Beteiligte Komponenten innerhalb einer Geodata-Warehouse-Lösung
40 | www.doag.org
Heute sind räumliche Daten nicht
mehr nur in den Büroräumen der Experten zu finden, sondern allgegenwär-
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tig: Google Maps, „Navis“, StaumeldePortale, Gewerbeflächenvermarktung
etc. sind Produkte oder Dienste, die
fast jeder kennt und nutzt. Geodaten
müssen daher mehr und mehr als allgemeines Wirtschaftgut wie das Verkehrswegenetz, Ver-/Entsorgungs- und
Telekommunikationsnetzwerke oder
wie öffentlich nutzbare Toiletten an einem Strand begriffen werden.
das Thema „Data Warehouse“. Diese
Data Warehouse lässt sich mit folgenden Stichworten beschreiben:
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Es kommt Wind auf ...
Politische Vorgaben wie „Infrastructure for Spatial Information in the European Community“ (INSPIRE) zum
Aufbau einer europäischen GeodatenInfrastruktur (GDI) oder auch der Paradigmenwechsel in den deutschen
Vermessungsverwaltungen von der
automatisierten
Liegenschaftskarte
(ALK) zum amtlichen Liegenschaftskataster-Informationssystem (ALKIS)
unterstreichen die neue Trendwende,
die von oben diktiert und von unten
umgesetzt wird. Allerorts entstehen
lokale GDIs, um den Nutzwert der
jahrzehntelang erfassten Daten besser
ausschöpfen zu können (siehe nachfolgende Projektbeispiele „Stadt Herten“ und „ENSO aus Dresden“).
Dabei geht es um eine übergreifende
Bereitstellung und somit um eine globale Sicht auf konsolidierte und aufbereitete Datenbestände diverser Herkunft und unterschiedlicher Struktur.
Erst hierdurch ergeben sich wiederum
vielfältige neue Analyse- und Auswertungsmöglichkeiten, die auf Basis der
Herkunftsdatenbestände allein nicht
möglich wären.
Die Schiffe heißen „Geodata
Warehouse“ und „Oracle“
Neue Herausforderungen bieten aber
auch immer eine gute Gelegenheit,
neue Wege zu beschreiten, das heißt,
auch bereits bekannte Themen- und
Problemstellungen einmal ganz anders zu betrachten. Überträgt man die
in vielen anderen Unternehmensbereichen bereits genutzten IT-Anwendungen auf den Bereich der räumlichen
Daten und deren steigende Datenmenge sowie auf gewünschte performante
Verarbeitung, stößt man schnell auf
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Integration von Daten aus verteilten und unterschiedlich strukturierten Beständen
Konsolidierung / Veredelung / Qualitätssicherung im Rahmen des ETLProzesses
Übergreifende Nutzung wie Analyse
/ Auskunft / Reports, Unterstützung
von (Geschäfts-)Entscheidungen
Technische Trennung der Auswertung von der Produktion (OLTP/
OLAP)
Verarbeitung großer Datenmengen
Export von Teildatenbeständen in
handlicher Größe (Data-Marts)
Genau das sind auch die Ziele, die heute in der Geoinformationsbranche im
Rahmen einer GDI verfolgt werden. Es
lohnt sich also, sich mit den Anforderungen und Lösungen des benachbarten Teilgebietes der IT auseinanderzusetzen und sich insbesondere sich mit
den dort vorhandenen Wegen und Lösungen zu beschäftigen.
Der Aufbau eines Geodata Warehouse
(siehe Abbildung 1) hat viele Vorteile:
Werden Daten mit Raumbezug in einer OGC-konformen Datenbank wie
Oracle Spatial verwaltet, so kann man
die Datenintegration mittels geeigneter ETL-Werkzeuge wie CITRA so gestalten, dass der Zugriff auf die Daten
durch verschiedene GIS-Technologien
und Systeme wie Autodesk Topobase, ESRI, GE-Smallworld, Intergraph
GeoMedia oder PB MapInfo möglich
ist sogar mehr noch, dass die bereitgestellten Daten in ihrer Struktur als qualifizierte Hintergrund-Informationen
in jedem der Systeme genutzt werden
können, ohne dass dazu komplexe Fachanwendungen notwendig sind.
Wind allein reicht nicht, es müssen auch
die Segel richtig gestellt sein …
Grundlage eines jeden Geodata
Warehouse sind regelmäßig Geobasisdaten wie die Liegenschaftskarte ALK,
ALKIS als „Mutter aller Geodaten“ oder
die Straßendaten der kommerziellen
Datenlieferanten. Ergänzt werden die
Geobasisdaten im Warehouse durch
weitere, in der Regel verallgemeinerte, fachbezogene Datenbestände, die
kommunaler Natur sein können, aber
auch Daten aus Ver- und Entsorgung
wie Strom, Gas, Wasser und Abwasser.
Das Thema „ALKIS“ ist auch ein
hervorragendes Beispiel, um die Vorteile der Nutzung von Geobasisdaten
in einem Warehouse darzustellen: Die
Daten, die mittels der NAS-Schnittstelle bereitgestellt sind, genügen zwar
dem ALKIS-Datenmodell, sind aber
präsentationslos, das heißt, die reine Formatumsetzung in diverse GIS
würde jeweils ein unübersichtliches
Strichmuster ergeben und aufgrund
der Objektklassen-Diversität zu einer
in einem GIS nicht nutzbaren Legendenvielfalt führen.
Das ALKIS-Regelwerk, die GeoInfoDok, schreibt die Darstellung der einzelnen Objekte exakt vor. Diese Darstellungsregeln sind vielfältig und
komplex. Es sind beispielsweise tief
verschachtelte Regeln zu beachten,
wann und wie Symbole platziert werden müssen. Eine Online-Umsetzung
wie in WFS/WMS-Diensten (Web Feature Service / Web Mapping Service)
mit den Ausgangsdaten ist unter diesen Voraussetzungen schwer vorstellbar, sodass die Transformation über
Schnittstellen in die Ziel-GI-Systeme
bzw. -Datenbanken asynchron und für
eine performante Weiterverarbeitung
vorprozessiert erfolgen muss. Nicht
anders praktiziert es übrigens die weltweit am meisten genutzte Geoplattform Google einzig aus PerformanceGründen.
Auf der anderen Seite wollen sich
bestimmte Nutzergruppen erst gar
nicht mit der Komplexität dieser Daten auseinandersetzen. Sie benötigen
nur bestimmte Informationen wie
Gebäude und Flurstücke. All diese Anforderungen können in einem einzigen Geodata Warehouse abgebildet
werden. Dazu kann die parallele, synchrone Nutzung in GI-Systemen unterschiedlicher Technologie und in
den darauf basierenden Anwendungen durch eine OGC-konforme Datenhaltung – beispielsweise in Oracle
wie oben erläutert – gewährleistet
werden.
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Vergleichbares gilt für INSPIRE.
Sieht man sich die Themenbereiche
an, zu denen Geodatensätze bereitgestellt werden müssen, stellt man sehr
schnell fest, dass auch hier unterschiedliche Quellen angezapft und die
Daten entsprechend den vorgegebenen Datenmodellen modelliert bereitgestellt werden müssen. Weitere Vorteile eines solchen Konzepts sind:
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Die handliche Bereitstellung beziehungsweise Abgabe von Daten
(Data Marts), zum Beispiel zwecks
Weiterverarbeitung oder Archivierung / Historisierung durch ShopLösungen
Einführung und der schrittweise
weitere Aufbau eines Geodata Warehouse lassen sich aufgrund des Bausteinprinzips betriebswirtschaftlich
interessant gestalten
Bestehende GIS-Landschaften müssen nicht zugunsten eines technologiebasierten Gesamtkonzeptes umgekrempelt, bewährte Systeme können
beibehalten werden. Die Bereitstellung und Nutzung von Daten, also
der Austausch mit den anderen Beteiligten findet über das Warehouse
statt
Auswertungen können ohne GISSpezialkenntnisse etwa mit SQL
oder mit von den Herstellern bereitgestellten Frameworks wie Apex
oder BI vorgenommen werden
Fester Boden unter den Füßen
ist auch an Bord wichtig
Die professionelle Nutzung vielschichtiger Geodaten setzt auch das professionelle Management der Daten voraus.
Geo-Webdienste benötigen vielfach
konsolidierte und aufbereitete Datengrundlagen. Nur so ist eine performante und anwendergerechte Nachnutzung zu erreichen. Der anfängliche
Hype, mit direkt auf den Produktionssystemen angebotenen Geodiensten
(insbesondere WFS) alles erschlagen
zu können, scheint abgeebbt. Stattdessen zeichnet sich eine friedliche
Koexistenz zwischen solchen Geodiensten und Data-Warehouse-Konzepten ab. Schließlich muss gewährleistet
sein, dass Daten aus verschiedenen
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Produktionssystemen, die beim Nutzer gleichzeitig zur Anzeige gebracht
werden sollen, grafisch aufbereitet und
aufeinander abgestimmt sind. Kombinierte Geo-Webdienste, die einerseits
auf einem Geodata Warehouse aufsetzen und andererseits dazu parallel
entfernte Datenbestände nutzen, sind
also durchaus sehr sinnvoll, sofern sie
wohlüberlegt eingesetzt werden.
Und diese Kunden
segeln schon mit Larry ...
Das Vorzeigebeispiel ist der Konzern Stadt Herten, ein Zusammenschluss aus Stadt, Stadtwerken und
Bauhof: Die Stadt Herten verfolgt das
Warehouse-Konzept seit einigen Jahren. In der ersten Projektphase wurde
der direkte OGC-konforme Zugriff mit
den Systemen Smallworld GIS, MapInfo, MapXtreme und ArcGIS Server
auf die wesentlichen Dateninhalte wie
Liegenschaftskarte,
Stadt-Topografie
und Leitungsdokumentationen der
Hertener Stadtwerke realisiert. Die Einbindung weiterer Datenbestände, etwa
aus ArcView und AutoCAD, erfolgte
und wird weiterhin sukzessive fortgesetzt. Das Shop-System CITRA Export
Center wurde kürzlich in Betrieb genommen, und in einer weiteren Phase
steht die Konzeption und Implementierung eigener Webservices an (siehe
Abbildung 2).
Klaus Berns, Abteilungsleiter für grafische Datenverarbeitung, ist von der
neuen Server-Lösung überzeugt: „Mit
Oracle, dem aus meiner Sicht führenden
System für Geodaten, als Basis unseres
Geodaten-Warehouse sind wir bezüglich der effizienten Nutzung verfügbarer Geodaten einen großen Schritt vorangekommen. Wir können diese jetzt
innerhalb der gesamten Kommune zur
Verfügung stellen, ohne dass die Anwender auf ihr bevorzugtes GIS-Werkzeug verzichten müssen. Gleichzeitig
werden dank des ausgefeilten Rechtesystems sämtliche datenschutzrechtlichen Anforderungen eingehalten.“
Beispiel ENSO
Die ENSO Energie Sachsen Ost AG ist
ein Energiedienstleister in Ostsachsen
mit Hauptsitz in Dresden. Das Unternehmen versorgt etwa 500.000 Kunden mit Strom, Erdgas, Wasser, Wärme
und energienahen Dienstleistungen.
2008 entstand die heutige ENSO Energie Sachsen Ost AG als regionaler Energiedienstleister aus Verschmelzung der
Unternehmen ENSO Strom AG und
ENSO Erdgas GmbH. Es gibt auf IT-Ebene, speziell im Management der Geodaten, aufgrund der historischen Entwicklung eine recht enge Verflechtung
mit der DREWAG Stadtwerke Dresden
GmbH.
Das Projekt „Betrieb Geodatenserver auf Oracle“ wurde Anfang 2010 gemeinsam von ENSO und CISS TDI in
kurzer Zeit realisiert. Interessant sind
in diesem Kontext die systemische
Koppelung des bei ENSO eingesetzten
GIS GE Smallworld und einer offenen
Oracle-Locator-Datenbank sowie die
zukünftig geplanten Entwicklungen.
Das Projekt selber besitzt noch Pilotcharakter und soll zu Beginn 2011 produktiv gesetzt und in weiteren Stufen
ausgebaut werden. ENSO setzt für die
Produktion der eigenen Fachdaten das
seit langen Jahren im Einsatz befindliche und bewährte System GE Smallworld ein.
Hauptmotivation für die Realisierung des Projekts war die Öffnung
der bisher schwer zugänglichen Daten
auch für andere Nutzer beziehungsweise generell der Austausch von Daten in offenen und gleichen Strukturen. Insbesondere geht es um eine
gemeinsame Nutzung der von ENSO
erfassten digitalen Stadtgrundkarte
durch die Geodatenzentrale und die
dieser angeschlossenen Gemeinden
im Versorgungsgebiet der ENSO. Zur
Bedienung der Datenbank werden die
in der Smallworld-Fachschale Kataster VE selbst erfassten Topografie-Daten über einen CITRA-Konverter ausgelesen, modelliert und nach Oracle
eingelesen. Die dafür notwendige
Konfiguration wurde als Rumpfkonfiguration von CISS TDI vorbereitet
und von ENSO als versiertem CITRANutzer selbstständig erweitert. Ferner
wurde die Anbindung von Oracle an
Smallworld geleistet.
Durch die Bereitstellung der Stadtgrundkarte in dem offenen Format
Datenbank
„Oracle“ (SDO_GEOMETRY) profitieren insbesondere die Geodatenzentrale sowie die daran angeschlossenen
Kommunen, die nun die in der Regel
sehr aktuellen Daten als Grundlage für
ihre kommunalen Planungen nutzen
können. Andere Austauschformate wie
DXF oder Shape wurden aufgrund gewisser Restriktionen von vornherein
nicht in Betracht gezogen. Zudem ergeben sich aus dem Datenbank-basierten
Ansatz eine Vielzahl weiterer Vorteile
und zukünftiger Entwicklungsmöglichkeiten.
Oracle im Mittelpunkt
des Geschehens
Die Plattform Oracle als offene und
zentrale Datenhaltungskomponente
steht gewissermaßen in der Mitte aller Systeme und Nutzer und ist daher
weit mehr als nur ein normiertes Austauschformat. Sie bildet vielmehr die
zentrale Sammelstelle von Geodaten
aller beteiligten Datenproduzenten
und -nutzer. Es ist zukünftig denkbar,
dass auch andere Daten aus Vermessungen oder kommunale Fachdaten in
den Geodatenserver eingespielt werden und von den beteiligten Stellen
wechselseitig genutzt werden können.
So könnte auch das Smallworld GIS als
OGC-konformes System direkt auf die
kommunalen Fachdaten – wenn sie im
Geodatenserver bereitgestellt sind –
zugreifen.
Aber bei der ENSO denkt man noch
einen Schritt weiter. Auch für das Anbieten von Diensten wie Web-Mapping-Services oder Web-Feature-Services stellt Oracle neben dem eigenen
GIS eine ideale Plattform dar. Durch
Harmonisierung von Datenmodellen
aus unterschiedlichen Quellen könnte man die Daten in Oracle zudem
einheitlich und konsolidiert bereitstellen.
Eine weitere Option besteht darin,
Objekte, deren Geometrien im Sinne
der Oracle-Datenbank als nicht valide
eingestuft sind, mittels der in Oracle
befindlichen Prüfroutinen in Verbindung mit der leistungsfähigen CITRASoftware zu identifizieren und diese
bei Bedarf im Quellsystem zu korrigieren. Dies trägt dauerhaft zu einer
Abbildung 2: Der Weg aus dem Geodata Warehouse – Shop-Lösung in Herten
weiteren Qualitätsverbesserung aller
im Geodatenserver eingespielten Daten in deren jeweiligen Herkunftssystemen bei.
Eine interessante Nebennutzung
der Datenbank stellt die Historisierung bestimmter Objekte dar. Vornehmlich betrifft dies die Gebäude,
deren Vorgängerstand bei jeder Datenbank-Aktualisierung aufbewahrt
und dann mit den neuen Objekten
abgeglichen wird. Bei Feststellung
von Lageabweichungen werden die
Verschiebungsparameter gespeichert
und für die Lagekorrekturen der Fachobjekte herangezogen.
„Die
Entscheidung
zugunsten
des Oracle-Datenbank-basierten Ansatzes für den allgemeinen Geodatenaustausch, vielmehr die zentrale
Nutzbarmachung der Geodaten war
goldrichtig. Die Investitionen waren
überschaubar, zudem konnte viel in
Eigenregie beigesteuert werden. Perspektivisch eröffnet uns diese Entscheidung viele noch nicht ausgeschöpfte
Möglichkeiten“, lautet das Resümee
des beteiligten Projektpartners Dirk
Kutsche bei ENSO.
Die Mitsegler und Fazit
Der klassische Data-Warehouse-Ansatz lässt sich mühelos auf die Geowelt
übertragen. Auf Basis der Plattform
Oracle entstehen konsolidierte und
aufbereitete Geodatenbestände, die
eine offene und performante Nutzung
ermöglichen.
Mittlerweile haben sich eine ganze Reihe von Kunden für diesen Ansatz entschieden und erfolgreich
Warehouse-Projekte eingeführt. Abschließend sei auf die Case Studies von
Oracle für den Konzern Herten, für ITK
Rheinland (Landeshauptstadt Düsseldorf und Stadt Neuss) sowie für die
Kommunale Datenzentrale WestfalenSüd verwiesen, zu finden unter http://
www.oracle.com/lang/de/referenzen/
profile/customer_case_study_ciss-tdi_
de.pdf.
Kontakt:
Joachim Figura
[email protected]
Rolf Jüttner
[email protected]
DOAG News 1-2011 | 43